Topico_01_Componentes_basicos_computador_e_evolucao_historica.pdf

Professor: Alan Sovano, M.Sc.
Disciplina: Microprocessadores (2023.2)
ELEMENTOS BÁSICOS DO COMPUTADOR E EVOLUÇÃO
HISTÓRICA

TÓPICOS
• O que é um computador?
• Exemplos de computadores
• Elementos básicos de um computador
• Evolução histórica dos computadores
Prof. Alan Sovano

O QUE É UM COMPUTADOR?
• Um computador é um dispositivo capaz de resolver problemas a partir de instruções fornecidas por um usuário;
• O conjunto de instruções é denominado de programa;
• Os microcomputadores são sistemas eletrônicos digitais, ou seja, sua operação se baseia em valores lógicos de entrada
(bits que assumem valor zero ou um) que geram valores lógicos de saída;
• Um computador completo deve possuir, minimamente, uma Unidade Central de Processamento (UCP), memória e
dispositivos de entrada de dados e saída de dados;
• No início da história da computação, não existiam microcomputadores: os computadores eram, inicialmente, mecânicos
e, posteriormente, eletromecânicos, ocupando uma sala inteira ou um espaço maior;
• Com o avanço da eletrônica, começaram a surgir computadores extremamente pequenos, sendo chamados de
microcomputadores. Atualmente, a maior parte dos sistemas de computação no mundo são desse tipo. Por isso, no
restante da aula, os termos “computador” e “microcomputador” serão utilizados como sinônimos.
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O QUE É UM COMPUTADOR?
Computador Colossus Mark 2 (1944) Computador moderno (2023)
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EXEMPLOS DE COMPUTADORES
• Os exemplos mais claros de computadores no dia a dia são notebooks e computadores pessoais (PC).
Neles, temos:
• Memórias do tipo RAM, flash, discos rígidos (HDs), unidades de estado sólido (SSDs), entre outras;
• Dispositivos de entrada como mouse e teclado;
• Dispositivos de saída como o monitor;
• E UCP’s como os microprocessadores Intel Core i3, i5 e i7 ou AMD Ryzen 3, 5 e 7.
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• É possível encontrar exemplos mais sutis de computadores no nosso dia a dia com base na definição dada:
• Uma máquina de lavar que apresenta botões (dispositivos de entrada) para configurar um entre os possíveis
tipos de lavagem (salvos em uma memória) e que acende indicadores luminosos para mostrar em qual fase de
lavagem a roupa se encontra (dispositivo de saída) também possui, em sua construção, um computador!
• Um microondas, o qual possui modos diferentes de esquentar alimentos salvo em sua memória, tem seu o
tempo de aquecimento programado por botões e possui um display que mostra esse tempo também tem um
computador embutido nele!
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• Sistemas que possuem um computador dedicado para seu funcionamento (como o caso do microondas e da
máquina de lavar) são chamados de sistemas embarcados;
• Sistemas embarcados costumam ser altamente especializados para uma tarefa, diferente de um PC ou notebook
(que possuem propósitos mais gerais);
• Atualmente, uma grande gama de produtos eletrônicos possuem computadores embutidos: indo desde de
aparelhos mais rotineiros, como os citados, até equipamentos mais complexos (como monitores de sinais vitais
ou desfibriladores/cardioversores).
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ELEMENTOS BÁSICOS DE UM COMPUTADOR
Um sistema computacional simplificado possui os
seguintes elementos:
• UCP (ou CPU) – É o elemento principal de um
computador, possuindo, internamente, uma
unidade lógica e aritmética (ULA ou ALU) para
realizar diversas operações matemáticas. Além da
ULA, possui também uma unidade de controle, a
qual é responsável por regular a operação do
computador e manter a sincronia entre seus
diversos elementos. Essas operações são realizadas
com o auxílio de registradores internos.
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• Memória – Elemento que armazena todas as
informações que o sistema precisa, em algum
momento, manipular. Uma parcela da memória é
destinada ao programa que o computador deve
executar (memória de programa) e a outra parcela
aos dados que o computador deve manipular
(memória de dados).
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• Dispositivos de entrada e saída (E/S) – São os
elementos de um computador que fazem com que o
processador se comunique com o mundo exterior.
Usualmente, fornecemos um comando ao
microprocessador através de um dispositivo de
entrada (como um teclado ou um botão) e
queremos, em retorno, um resultado dessa
operação indicado por um dispositivo de saída
(como um monitor ou um LED).
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• Barramentos: são os conjuntos de conexões entre
os dispositivos para um determinado fim. Tem-se,
por exemplo, o barramento de dados, o qual a UCP
usa para enviar palavras binárias para enviar e
receber palavras binárias que foram ou serão
processadas. Outros exemplos são o barramento de
endereços (para a memória) e o barramento de
controle (para enviar comandos aos outros
dispositivos).
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EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS COMPUTADORES
• Geração zero – computadores mecânicos (1642 – 1945)
• Calculadora de Pascal (La Pascaline): inventada pelo matemático, físico e filósofo Blaise Pascal,
em 1642. Funcionava com um conjunto de engrenagens e uma manivela operada manualmente
para entrada de números. Realizava operações de soma e subtração.
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• Calculadora Leibniz: inventada pelo matemático Gottfried Wilhelm Leibniz, em torno de 1672. Foi
uma melhoria da calculadora de Pascal, permitindo a realização de operações de multiplicação e
divisão (além da soma e da subtração).
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• Máquina diferencial e máquina analítica de Babbage (1792-1871): inventadas por Charles
Babbage, a máquina diferencial de Babbage (1822) realizava o cálculo de funções polinomiais
(tarefa de grande importância, por exemplo, na navegação marítima).
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• Posteriormente, Babbage idealizou a chamada máquina analítica, a qual se aproximava mais dos
computadores modernos, sendo programável e capaz de realizar tarefas distintas. Para programar
diversos algoritmos, Babbage contou com a ajuda de Ada Lovelace (1815 – 1852), matemática e
escritora inglesa, considerada a primeira programadora da história. Babbage não viveu para ver a
sua obra totalmente funcional, visto que a precisão mecânica necessária para que a máquina
funcionasse livre de erros não era alcançável na época.
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• Outros precursores da “geração zero” foram o alemão Konrad Zuse (1910 – 1945), os
estadunidenses John Atanasoff (1903 – 1995), George Stibbit (1904 – 1995) e Howard Aiken
(1900 – 1973).
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• Primeira geração – computadores baseados em válvulas (1945 – 1955)
• Um dos maiores marcos da computação foi a série de computadores COLOSSUS, desenvolvida
pelos britânicos na segunda guerra (1943). Tais computadores eram eletrônicos, baseados em
válvulas eletrônicas, e serviam para decodificar mensagens direcionadas aos soldados alemães.
Entre as principais figuras que o desenvolveram, podem-se destacar o engenheiro Tommy
Flowers (1905 – 1998) e o matemático Alan Turing (1912 – 1952). Este último é considerado,
atualmente, o pai da ciência da computação.
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• Paralelamente, nos Estados Unidos da América, o físico John Mauchly (1907 – 1980) e seu
aluno de pós-graduação, John Eckert (1919 – 1995), construíram o ENIAC (Integrador e
Computador Numérico Eletrônico), o qual foi lançado somente após o fim da segunda guerra.
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• O ENIAC foi um sucesso no mundo acadêmico, tendo várias variantes produzidas no mundo
(EDSAC, JOHNNIAC, ILLIAC, entre outros). Entretanto, uma máquina que merece destaque é a
máquina do Institute of Advanced Study (IAS) da universidade de Princeton. A máquina IAS teve
seu projeto básico descrito por John Von Neumann (1903 – 1957), dando origem à arquitetura de
Von Neumann (a qual será explicada posteriormente). Uma das principais contribuições de Von
Neumann foi a percepção de que programas também poderiam ser armazenados na memória (os
programas eram definidos com base nas ligações de cabos e interruptores).
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• Segunda geração – computadores baseados em transistores (1955 – 1965)
• O transistor revolucionou a computação. Seu funcionamento, grosso modo, tem o mesmo papel
do funcionamento de uma válvula eletrônica, mas com um tamanho muito menor. Ele foi
inventado em 1948 no Bell Labs por John Bardeen (1908 – 1991), Walter Brattain (1902 – 1987)
e William Shockley (1910 – 1989). Os pesquisadores receberam o prêmio Nobel de Física pela
invenção em 1956.
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• Segunda geração – computadores baseados em transistores (1955 – 1965)
• Com a possibilidade de construir computadores com base em transistores, mais computadores
começaram a surgir, ficando mais portáteis. Empresas importantes começaram a ampliar sua
participação no mercado, como a IBM e a DEC (empresa que hoje faz parte da HP). As
aplicações dos computadores começaram a ficar mais diversificadas: no computador PDP-1 da
DEC, por exemplo, foi programado um dos primeiros jogos de computador, o Spacewar! Além
disso, os sistemas de barramentos começaram a evoluir, melhorando o desempenho dos
computadores.
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• Terceira geração – Circuitos integrados (1965 – 1980)
• O circuito integrado de silício foi inventado por Jack Kilby (1923 – 2005) e Robert Noyce (1927
– 1990), de forma independente por cada um deles, mas em torno da mesma época. A criação do
circuito integrado permitiu embutir, em um único chip, dezenas de transistores na época,
aumentando o poder de processamento dos computadores, diminuindo seu custo e diminuindo
seu tamanho. Nessa época surgiu a multiprogramação na linha de computadores IBM 360, i.e.,
a execução de vários programas (quase) ao mesmo tempo.
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• Quarta geração – computadores com integração em escala muito grande (VLSI) (1980 – ?)
• Os chips começaram a ficar cada vez mais compactos, com um poder de processamento muito
maior para uma mesma área de silício. Os computadores deixaram de ocupar salas grandes e
passaram a ocupar mesas, sendo possível, agora, um único indivíduo possuir seu próprio
computador. Nessa época, empresas como a Apple, Microsoft e Intel acabaram com a hegemonia da
IBM, sendo empresas consolidadas no mercado voltado para a computação. Podemos destacar
computadores como o Apple II de Steve Jobs (1955 – 2011) e Steve Wozniak (1950 – ) e
processadores com o Intel 8088.
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• Quarta geração – computadores com integração em escala muito grande (VLSI) (1980 – ?)
• Nessa época, também foi lançado o sistema operacional Windows em sua primeira versão. Além
disso, para facilitar o projeto de circuitos lógicos, foi criado o FPGA (Field-Programmable Gate
Array), um dispositivo onde o hardware pode ser reconfigurado para executar funções lógicas
diferentes, de acordo com a vontade do projetista do circuito lógico e da capacidade do chip. A
busca pelo aumento do poder de processamento motivou o, no início dos anos 2000, o
encapsulamento de mais de um núcleo de processamento em um único chip (IBM dual core
POWER4).
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• Quinta geração – computadores de baixa potência e invisíveis (atualidade)
• A quinta geração representa mais uma mudança de paradigma do que uma mudança da arquitetura
do computador – atualmente, os computadores fazem parte do nosso dia a dia, presentes nas
televisões, nas geladeiras, relógios inteligentes, entre outros. Além disso, os computadores
consomem cada vez menos energia: um smartphone atual é capaz de processar muito mais dados
que um computador de alta potência de 20 anos atrás, com um gasto de energia muito baixo. Tais
tendências ficam cada vez mais fortes com a moda dos wearables (dispositivos vestíveis).
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• Lei de Moore
• Proposta por Gordon Moore (1929 – ), cofundador da Intel, a lei de Moore diz que o número de
transistores em um circuito integrado, de mesma área, dobraria a cada dois anos.
• Essa “lei” norteou os objetivos da Intel e, consequentemente, de seus concorrentes, impulsionando
pesquisas envolvendo a miniaturização de chips e aumento no poder de processamento de
computadores.
• Apesar de, ao longo dos anos, vários cientistas e outras figuras públicas predizerem que a lei de
Moore teria chegado ao fim, ela continua sendo alcançada até os dias atuais!
Prof. Alan Sovano

• Lei de Moore
• Até quando isso vai acontecer? Quais outras tecnologias podem surgir para manter a “lei”?
Somente o futuro irá nos dizer!
Prof. Alan Sovano

OBRIGADO PELAATENÇÃO!
Dúvidas ou sugestões?
sovano@ufpa.br
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